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Institut Supérieur de Mécanique de Paris
0,0(mm
)
0 1 2 3 4 (mm)
-5-2
14
(µm)
ETATS DE SURFACE
Microgéométries
LISMMA – Equipe TribologieISMEP/Supméca
3, rue Fernand Hainaut93407 Saint-Ouen Cedex
T. DA SILVA BOTELHOtony.dasilva@supmeca.fr
2
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
CONTEXTE : Diagramme "causes – effets" en Tribologie
ETATS DE SURFACE Microgéométrie Physico-chimie
ADHÉSION
ABRASION
SURCONTRAINTE
FATIGUE
ÉROSION
CAVITATION
TRIBOCORROSION
FROTTEMENT
PERTE DE MASSE
DÉBRIS
DÉFORMATION
ÉCHAUFFEMENT
VIBRATIONS
TRANSFORMATIONS
MATÉRIAUX Nature Propriétés
ENVIRONNEMENT Nature Température
MODE DE CONTACT Nature Géométrie
CHARGEMENT
CINÉMATIQUE
3
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
MICROGÉOMÉTRIE1. INTRODUCTION
1.1 Les différents langages1.2 Contexte normatif
2. MESURES DES MICROGÉOMÉTRIES2.1 Appareillages
a) Avec contactb) Sans contactc) Comparaison entre les 2 méthodes
2.2 Principes de dépouillementa) Choix de la direction de mesureb) Représentation du profil
2.3 Paramètres de microgéométrie2.4 Futur : la surfométrie
3. SPÉCIFICATION DES MICROGÉOMÉTRIES
4. RELATION ENTRE MICROGÉOMÉTRIE ET PROCÉDÉS DE FABRICATION
4
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
I. INTRODUCTION 1.1 Les différents langages
SPECIFICATION
BUREAU D’ETUDES
REALISATION
ATELIER DE FABRICATION
MESURE
CONTRÔLE
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
02
4(µ
m)
0 1 2 3 4 (mm)
Ra 0.8
1. Introduction
TOURNAGE DE DEMI-FINITION(Avance par tour de 11 µm)
5
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
1.2 Contexte normatif
NF EN ISO 4287 (Décembre 1998) États de surface - Méthode du profil : Termes, définitions et paramètres d’états de surface
NF EN ISO 4288 (Mars 1998) États de surface - Méthode du profil : Règles et procédures pour l’évaluation de paramètres d’états de surface
NF EN ISO 12179 (Mai 2000) États de surface - Méthode du profil : Étalonnage des instruments à contact (palpeur) NF EN ISO 1302 (Février 2002) Indication des états de surface dans la documentation technique de produits NF EN ISO 11562 (Mars1998) États de surface - Méthode du profil : Caractéristiques métrologiques des filtres à phase correcte.
NF EN ISO 12085 (Août 1996) États de surface - Méthode du profil : Paramètres liés aux motifs.
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
1. Introduction
6
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2. Mesures des microgéométries
2. MESURES DES MICROGÉOMÉTRIES
2.1 Appareillages
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
CLASSE N10 N9 N8 N7 N6 N5 N4 N3 N2
Ra (µm) 12.5 6.3 3.2 1.6 0.8 0.4 0.2 0.1 0.05
7
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2. Mesures des microgéométries
2. MESURES DES MICROGÉOMÉTRIES
2.1 Appareillages
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
a) Mesures avec contact
Capteur de déplacement
Déplacement
8
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2. Mesures des microgéométries
2. MESURES DES MICROGÉOMÉTRIES
2.1 Appareillages
a) Mesures avec contactIntroduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
9
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2. Mesures des microgéométries
Appareillages miniatures
2.1 Appareillagesa) Mesures avec contact
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
10
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2. Mesures des microgéométries
2.1 Appareillages
b) Mesures sans contact
Introduction
Mesures
Normalisation
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
11
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2. Mesures des microgéométries
2.1 Appareillages
b) Mesures sans contact: interférométrie
Introduction
Mesures
Normalisation
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Surface plane
12
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2.1 Appareillagesb) Mesures sans contact: interférométrieLe système balaie en Z la surface. La focalisation est maximale pour des
franges d’interférence d’intensité maximale.
Le système repère les maximas. On a alors une cartographie 3D de la zone visualisée.Méthode sans contact, résolution verticale égale au nm sur un balayage Z
maximal de 2 mm, large gamme de champ observable, recollement d’image possible (stitching).
step n+1
step n+2
focus position
step n
13
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2. Mesures des microgéométries
Introduction
Mesures
Normalisation
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
2.1 Appareillages
b) Mesures sans contact: optique confocale en lumière blanche
14
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2. Mesures des microgéométries
2.1 Appareillages
b) Mesures sans contact: optique confocale en lumière blanche
Introduction
Mesures
Normalisation
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
15
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
Mesure par contact Mesure sans contact
2.1 Appareillagesc) Comparaison entre les 2 méthodes de
mesures
Actuellement : Seules les mesures de profil avec contact sont normalisées. Une norme pour les mesures sans contact et pour les surfaces est en cours de rédaction.
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Matériau très déformable Non normaliséeNon utile en profilométrie
AntérioritéNormalisée
Rapide (pour mesures sur des surfaces)
Remèdes : répliques
2. Mesures des microgéométries
16
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2.2 Principes de dépouillement
a) Choix de la direction de mesure
1 2 3 4
1 2 3 4
2. Mesures des microgéométries
• Cas des surfaces non texturées– Mesures dans des directions différentes
• Cas des surfaces texturées– Mesures perpendiculaires aux striesIntroduction
Mesures
Normalisation
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
17
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
Attention : La forme des aspérités est déformée
Mesure réelle
2. Mesures des microgéométries
Introduction
Mesures
Normalisation
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Représentation anamorphosée
(mêmes amplifications dans les 2 directions )Effet zoom
2.2 Principes de dépouillement
b) Représentation du profil mesuré
avec des amplifications différentes suivant les 2 axes (représentation en pleine échelle)
18
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2.3 Paramètres de microgéométrie
La technique utilisée est le filtrage.
02
4(µ
m)
0 1 2 3 4 (mm)
13
5(µ
m)
0 1 2 3 4 (mm)
Profil de mesure
Profil filtréfiltre passe-haut
période < 0,8 mm
2. Mesures des microgéométries
Introduction
Mesures
Normalisation
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
a) Traitement 1 du profil : principe
19
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2.3 Paramètres de microgéométrie
a) Traitement 1 du profil : Ligne moyenne
2. Mesures des microgéométries
Introduction
Mesures
Normalisation
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
0
1( )
L
z xR dxL
a 2 2
0
1( )q
L
z x dxL
R
1
1 n
kk
RL
RSmn n
Sm
x
z
L
Rugosité arithmétique :
Rugosité quadratique (écart-type des altitudes):
Périodicité moyenne des aspérités:
RSmk
20
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2.3 Paramètres de microgéométrie
b)Traitement 2 du profil : principe
La technique utilisée est la reconnaissance de forme.
02
4(µ
m)
0 1 2 3 4 (mm)
02
4(µ
m)
0 1 2 3 4 (mm)
Profil de mesure
Décomposition en "motifs"
2. Mesures des microgéométries
Introduction
Mesures
Normalisation
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
21
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2.3 Paramètres de microgéométrie
b)Traitement 2 du profil : Motifs
2. Mesures des microgéométries
Introduction
Mesures
Normalisation
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Paramètre R: moyenne des hauteurs de motifs, Ri
Paramètre AR: moyenne des largeurs de motifs, ARi
Paramètre SR: écart-type des hauteurs de motifs, Ri
Paramètre SAR: écart-type des largeurs de motifs, ARi
02
4(µm
)
0 1 2 3 4 (mm)ARi
Ri
22
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2.3 Paramètres de microgéométrie c) Comparaison entre les 2 familles de paramètres
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
zL
x0
z
Paramètres " Motifs" Paramètres " Ligne moyenne"
R = (3 à 4) RaExploitation moyenne des altitudes
AR # RSmExploitation moyenne des espacements
2. Mesures des microgéométries
23
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
2.4 Futur : la surfométrie
0,0
(mm
)
0 1 2 3 4 (mm)
-5-2
14
(µm)
Perspective
Cartographie
2. Mesures des microgéométries
Introduction
Mesures
Normalisation
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Paramètres en cours de normalisation
24
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
3. SPÉCIFICATION DES MICROGÉOMÉTRIES
1 : Symbole(s) et valeur(s) numérique(s) du (ou des) paramètre(s)
1 1.25 1.6 2 2.5 3.2 6.3 8 10 12.5
Tout procédé de fabrication autorisé Enlèvement de matière exigé
Ra 3.2
Enlèvement de matière interdit
3. Spécification des microgéométries
2 : Procédé d’élaboration3 : Stries d’usinage4 : Surépaisseur d’usinage
Introduction
Mesures
Normalisation
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
11’
2
4 3
1
Valeurs numériques prises dans la série:
25
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
4. LA RELATION ENTRE MICROGÉOMÉTRIE ET PROCÉDÉS DE FABRICATION
TournageAlésage Electro érosion Rectification Polissagerabotage
0,01250,025 0,0250,05 0,050,1 0,10,2 0,2
0,4 0,40,8 0,8 0,81,6 1,6 1,63,2 3,2 3,26,3 6,3
12,5 12,525
Avec enlèvement de matière
Sans enlèvement de matière
En sable en carapaces de précision en sable par gravité sous pression
0,20,4
0,8 0,8 0,81,6 1,6 1,6 1,63,2 3,2 3,2 3,2 3,26,3 6,3 6,3 6,3 6,3
12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,525 25 25 25 2550 50 50 50
100 100200400
Aluminium,cuivre Magnésium, ZincAcier
4. Relation avec procédés de fabrication
Introduction
Mesures
Normalisation
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
26
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
Quelques exemples de microgéométrie (tournage)
Tournage : Relation pas – rugosité (Ra>0,8 µm)
4. Relation avec procédés de fabrication
010
20(µ
m)
0 1 2 3 4 (mm)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
(µm
)
0 1 2 3 4 (mm)
02
4(µ
m)
0 1 2 3 4 (mm)
010
20(µ
m)
0 1 2 3 4 (mm)
010
2030
40(µ
m)
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 (mm)
Ra = 8 µm
Ra = 5 µm Ra = 1 µm
Ra = 0,1 µm
Ra = 5 µm
27
Institut Supérieur de Mécanique de Paris
Quelques exemples de microgéométrie (finition)
0,0
00,1
00,2
00,3
0(µ
m)
0 1 2 3 4 (mm)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
(µm
)
0 1 2 3 4 (mm)
RodageRa = 0,15 µm
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
(µm
)
0 1 2 3 4 (mm)
RectificationRa = 0,35 µm
PolissageRa = 0,05 µm
Les procédés de finition génèrent des profils aléatoires
4. Relation avec procédés de fabrication
Introduction
Langages
Normalisation
Mesures
Appareillages
Principes
Paramètres
Surfométrie
Spécifications
Relation avec la fabrication
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Quelques exemples de surfaces
Essai de rayage sur une roche à vitesse constante.
Source des images pour cette page: École Centrale de Lyon.
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Institut Supérieur de Mécanique de Paris
Indication des stries de surface
Symbole graphique Interprétation et exemple
= Parallèle au plan de projection de la vue sur laquelle le symbole figure
Perpendiculaire au plan de projection de la vue sur laquelle le symbole figure
XCroisé dans 2 directions obliques par rapport au plan de projection de la vue sur laquelle le symbole figure
M Multidirectionnel
CApproximativement circulaire par rapport au centre de la surface à laquelle le symbole s’applique
R Approximativement radial par rapport au centre de la surface à laquelle le symbole s’applique
P Stries particulières, non directionnelles ou protubérantes
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